1000MW机组培训教材A版(脱硫分册)

1000MW机组培训教材A版（脱硫分册）

华润电力（贺州）

培训教材

（脱

硫分册）

刖6

华润电力（贺州）有限公司培训教材系列主要包括

集控、锅炉、汽机、

电气、化学、除灰、脱硫、输煤八个分册。本册？1OOOMTV

机组培训教材系列脱

硫分册?在学习辅控专业知识和机组调试期间参考使用，

本版为试运版。

本教材主要依据中南设计院、北京博奇及各辅机厂

家提供的设

计图纸、制造及使用维护说明书编写而成。在编写过程

中，由于工程未竣工，

难免存在遗漏和缺乏，在学习参考时请大家注意，并及时

提出修改、补充意

见，以使教材进一步完善。

本教材由华润电力（贺州）有限公司生产准备部归

口负责解释。

本教材由华润电力（贺州）有限公司生产准备部起

草。

编写：吕新锋

刘元伟、廖开太

审定:

目录

第一章烟气脱硫的总体介

绍..........................................................

..........................................................................................1

第一节概

述..........................................................

...............1

第二节我公司烟气脱硫概

述..........................................................

第二章S02吸收系

统..........................................................

.........................................................................................................................6

第一节S02吸收系统概

述.......................................................

...........................................................................6

第二节工艺流程及设备标

准.......................................................

................................................................20

第三节运行的检查与调

整11一••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

..........................................................................24

第三章石灰石浆液系

统.......................................................

.....................................................................................28

第一节石灰石浆液制

备.......................................................

.................................................................................28

第二节运行的检查与调

整.......................................................

..........................................................................29

第四章石膏脱水系

统.......................................................

........................................................................................................32

第一节石膏系统的概

述.......................................................

............................................................................................32

第二节主要设

备.......................................................

33

第三节运行的检查与调

整」—••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

....................................................................................38

第五章公用系

统.......................................................

..40

第一节工艺水和冷却水系

统.......................................................

..............................40

第二节排放系

统.......................................................

••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••a

45

第三节仪用和杂用空气系

统.......................................................

..............................46

第六章脱硫废水处

理.......................................................

...........................................48

第一节系统概

述.......................................................

48

第二节脱硫废水处理工艺流

程.......................................................

.....................................................................55

第七章脱硫系统启

停.......................................................

...........................................................................................................58

第一节启停说

明.......................................................

58

第二节脱硫系统启

动.......................................................

...................................................................................................58

第三节脱硫系统停

运.......................................................

...................................................................................................62

第八章脱硫系统运行与维

护.......................................................

................................................................................64

第一节概

述.......................................................

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••a•

..........64

第二节正常运行方

式.......................................................

................................................................................................66

第三节日常维

护.......................................................

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

67

第九章脱硫效率影响因素及常见问题处

理.......................................................

....................................70

第一节影响脱硫效率的主要因

....................................................

..............................70

第二节脱硫常见问题及处

理.......................................................

....................................72

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脱硫分册

第一章烟气脱硫的总体介绍

第一节概述

我公司一期（2X1000MW）每台机组配备1台最大连续出

力3033t/h的锅炉，烟气经静电除

尘器（三室四电场）除尘。每台锅炉各配1套FGD装置，采用

石灰石一石膏湿法烟气强制氧化脱

硫工艺，主要包括有S02吸收系统、烟气系统、石灰石浆液制

备系统、石膏脱水系统；工艺水冷

却水系统、压缩空气系统、排放系统及废水输送等公用系统。

一、脱硫工艺介绍

我公司烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫。

脱硫简要流程如下：外购石灰石粉加水制成含固量约为

3096的浆液作为脱硫吸收剂，泵入吸

收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙

以及从塔下部浆池鼓入的氧化空

气进行反响生成硫酸钙，硫酸钙到达一定饱和度后，结晶形成二

水石膏。从吸收塔排出的石膏浆

液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏

贮仓堆放。脱硫后的烟气经过除

雾器除去雾滴后经烟囱排入大气。石灰石一石膏湿法烟气洗涤工

艺分为自然氧化和强制氧化两

种，其主要区别为是否在吸收塔底部的持液槽中通过空气把亚硫

酸钙氧化成石膏(CaSO??2H0)o

42

目前，强制氧化工艺已成为优先选择的脱硫工艺。

烟气脱硫原理如下：

1.烟气中的二氧化硫溶解于水，生成亚硫酸并离解成

I1S0—2-

和SO离子。

33

+

SO+HOfH+HSO

223

-+2-

HSO->H+S0

33

2.产生的H+

2+2-2-

促进CaCO溶解，生成一定浓度的Ca

与SO或HSO结合，生成CaSO和

3

333

Ca(HSO)o

32

2+2-

Ca++S0fCaSO

33

Ca+HSOTa(HSO)

2+332

3.反响过程中，一局部SO2-

2--

和HSO被氧化成

SO和HSOo

33-

44

2-2-

SO+1/20-SO

324

HSO+1/20-HSO

324

4.溶液中存在的大量SO2-

2-

及HSO被鼓入的空

气强制氧化转化为S0,而生成石膏结晶

33

4

(CaS0??2H0)o

42

2+2-

Ca+S0+2H0->CaS0??2H0o

4242

二、湿法烟气脱硫(WFGD)的技术特点及优点

湿法烟气脱硫(WFGD)的技术特点是整个脱硫系统位于燃

煤锅炉烟道的尾部、除尘器之后，

不会对锅炉机组的热效率、利用率产生任何影响；其脱硫过程在

溶液中进行，脱硫剂和脱硫生产

物均为湿态。

湿法烟气脱硫的主要优点是：

1.脱硫效率高，钙的利用率高可达9096以上;

2.单机烟气处理量大，可与大型锅炉单元匹配;

3.对煤种的适应性好，烟气脱硫过程在锅炉尾部烟道以

后，不会对锅炉机组的热效率、利

用率产生任何影响；

-1-

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脱硫分册

4.石灰石作为脱硫吸收剂其来源广泛且价格低廉，便于就

地取材；

5.副产品石膏经脱水后即可回收，具有较高的综合利用价

值。

三、烟气脱硫的根本术语及其意义

1.烟气脱硫效率

烟气脱硫效率表示脱硫能力的大小，一般用百分比表示，是

衡量脱硫系统技术经济性的最

重要的指标。脱硫系统的设计脱硫效率为在锅炉正常运行中（包

括各种负荷条件和最差锅炉工况

下），并注明在给定的钙硫摩尔比的条件下，所能保证的最低脱

硫效率。脱硫效率除了取决于所

采用的工艺和系统设计外，还取决于排烟烟气的性质等因素。

脱硫效率也是考核烟气脱硫设备运行状况的重要指标，是计

算S02排放量的根本参数。对于

连续运行的脱硫设备，入口S02的浓度是随时间变化的，而且

变化幅度有时很大，因此，实时计

算的脱硫效率也是随时间变化的。因此，某一监测时段内设备的

脱硫效率，应取整个时段内脱硫

效率的平均值。在计算脱硫效率时，只计入SO的脱除率，而通

常不考虑so的脱除率。

2

3

2.烟气流速

烟气流速是指设计处理烟气量的空塔截面流速，以m/s为

单位，因此，烟气设计流速决定

了吸收塔的横截面面积，也就确定了塔的直径。烟气设计流速越

高，吸收塔的直径越小，可降低

吸收塔的造价。但另一方面，烟气流速越高，烟气与浆液的接触

和反响时间相应减少，烟气携带

液滴的能力也相应增大，引风机的电耗也加大。

比拟典型的逆流式吸收塔烟气流速一般在2.5~5m/s内范

围内，大多数的FGD装置吸收塔

的烟气设计流速选取为3m/s,并趋向于更高的流速。国外FGD

装置的运行经验说明，在S02脱除

率恒定的情况下，液气比L/G随着吸收塔烟气流速的升高而降

低，带来的直接利益是可以降低吸

收塔和循环泵的初投资，虽然引风机的电耗要增加，但可由循环

泵降低的电耗冲减。

因此，吸收塔烟气设计流速的选取是一个技术经济的综合比

拟，随着吸收塔的设计不断改

进，烟气和浆液的反响吸收过程不断改善，设计和运行的烟气流

速也在趋于提高。

3.液气比

液气比是指洗涤每立方米烟气所用的洗涤液量，单位是

L/m3。比率为：循环浆液流量/处理

烟气流量，一般表示为：L/1000Nm3。

4.浆液的pH值

浆液的pH值是FGD装置运行中需要重点检测和控制的化

学参数之一，它是影响脱硫率、氧

化率、吸收剂利用率及系统结垢的主要因素之一。浆液的pH值

高，意味着碱度大，有利于碱性

溶液与酸性气体之间的化学反响，对脱除S02有利，但会对副

产物的氧化起抑制作用。降低pH

值可以抑制II2-

2

SO分解为SO，使反响生成物大多为易溶性的Ca

HSO,从而减轻系统内的结垢

233

3

倾向。浆液的pH值是靠补充新鲜的石灰石浆液来维持的。通常

喷淋吸收塔浆池的pH值维持在

5.0-5.8之间，较低的PH值不但增强了石灰石的溶解和亚硫

酸盐的氧化显著提高了石灰石的利

用率，而且消除了除雾器中的结垢。

5.钙硫摩尔比

从化学反响的角度，无论何种脱硫工艺，在理论上只要有一

个钙基吸收剂分子就可以吸收

一个SO2分子，或者说，脱除Imol的硫需要lmol的钙。但

在实际反响设备中，反响的条件并不

处于理想状态，因此，一般需要增加脱硫剂的量来保证吸收过程

的进行。钙硫摩尔比就是用来表

示到达一定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在

用钙基吸收剂脱硫时钙的有效利

用率。一般用钙与硫的摩尔比值表示，即Ca/S比，所需的Ca/S

越高，钙的利用率那么越低。

以应用最为广泛的石灰石脱硫吸收剂为例，CaC03的分子量

为100,S的分子量为32,理论

上，每脱除1kg的硫需要3.125kg的CaCO3。钙硫摩尔比由下

式计算：

Ca/S(32/100)XCaC03/S

反过来，如果为到达一定脱硫效率所需的钙硫摩尔比时，也

可以由上式求出所需参加

的石灰石量G。通常情况下，石灰石的消耗量占锅炉燃煤量的百

分比小于6%o

湿法脱硫工艺的反响是在气相、液相和固相之间进行的，反

响条件比拟理想，因此，在脱

硫效率为90%以上时，其钙硫摩尔比略大于1,目前国外脱硫

公司的先进技术一般不超过L05,

最正确状态可达1.01〜1.02。我公司脱硫装置设计的钙硫摩尔

比为《1.03。

-2-

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脱硫分册

6.吸收塔浆液循环停留时间

吸收塔浆液循环停留时间（t）表示吸收塔浆液全部循环一

次的平均的时间，比时间等于吸

收塔中浆液体积（V）除以循环浆液流量（L）,即t（min）6OV/L0

7.浆液在吸收塔中的停留时间

浆液在吸收塔中的停留时间（t）又称为固体物停留时间。

它等于吸收塔浆液体积（V）除以

吸收塔排出泵流量⑻,即t（h）V/Bo固体停留时间也等于

吸收塔中存有固体物的质量（kg）

除以固体副产物的产出率（kg/h）o

8.吸收剂利用率

吸收剂利用率（n）等于单位时间内从烟气中吸收的S02摩

尔数除以同时间内参加系统的吸

收剂中钙的总摩尔数，即n（100%）已脱除的S02的摩尔数/

参加系统中的Ca的摩尔数X100%。

吸收剂利用率也可以理解为在一定时间内参与脱硫反响的

CaCO3的数量占参加系统中的

CaCO3总量的百分比。

9.氧化率

氧化率（n）等于吸收塔中氧化成硫酸盐的SO摩尔数除以

已吸收的SO总摩尔数,即:

2

2

n已氧化的so摩尔数/已吸收的so摩尔数。

22

氧化率也可看作离开工艺过程的硫酸盐总摩尔数除以烟气

中已吸收的S02总摩尔数，用固体

副产物中硫酸盐和亚硫酸盐摩尔数来表示，即：

n副产物中S02-2-2-

摩尔数/副产物中SO+S0摩尔

数。

434

10.氧化空气利用率

氧化空气利用率(n)是指氧化已吸收的S02理论上所需

要的氧化空气量与强制氧化实际鼓

入的氧化空气之比，也可指理论上需要的0气量与实际鼓入0

量之比。氧硫比是氧化空气利用

22

率的另一种表示方法，指氧化ImolSO实际鼓入的。的摩尔数。

理论上0.5mol0可氧化ImolSO,

22

22

如果强制氧化ImolSO实际鼓入的空气中0的摩尔数为1.5,

那么氧硫比1.5,氧化空气或。

22

2

的利用率n0.5/1.5,因此nxioo%

11.其它术语

FGD：FlueGasDesulfurize烟气脱硫。

CEMS：烟气监测系统。

PH：溶液酸度及碱度的量度标准。

氧化：FGD系统中吸收的SO

2-

与0反响形成硫酸盐SOo

224

LSFO：LimestoneForcedoxidation石灰石强制氧化。

石灰石CaCO:参加到FGD系统的一种碱性矿石它与烟气中的

酸性SO反响并中和，是装置中钙

3

2

离子Ca2+的来源。

第二节我公司烟气脱硫概述

一、我公司FGD总设计原那么

1.采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺，一炉一塔，单塔烟气处理

能力为一台锅炉BMCR工况时的

烟气量。

2.脱硫装置可用率不小于95%o

3.脱硫系统不设置脱硫增压风机，整个脱硫系统的阻力由锅炉

引风机克服

4.吸收剂采用外购满足脱硫要求的成品石灰石粉，厂内制浆。

5.脱硫副产品一石膏经真空皮带脱水机脱水后含水率要求不

大于10%,石膏运至综合利用用户

或在灰场单独堆放处理。

6.脱硫废水处理后到达？火电厂石灰石灰石一石膏湿法脱硫废

水水质控制指标?DL/T997-2006。

7.杂用、仪用压缩空气由全厂统一的压缩空气供给中心供给，

脱硫岛内设储气罐。

-3-

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8.脱硫岛的设备冷却水来自电厂工业水管，脱硫工艺水来自

电厂设备冷却水的回用水。

9.本期脱硫工程10kV系统采用分散供电方案，脱硫岛内不设

置10kV配电装置。

10.脱硫岛不没单独的脱硫保安柴油机组，脱硫岛内设置保安

MCC,电源由主体工程保安PC提

供。

11.脱硫岛内单设一套直流系统及UPS系统。

12.脱硫岛设置一套区域火灾报警系统，与主厂房火灾报警系统

通讯连接。

13.烟气脱硫系统采用一套独立的分散控制系统FGD-DCSo

14.脱硫岛设置一个脱硫控制室。

15.FGD-DCS与机组DCS之间的联锁、保护及重要信号采用硬

接线方式。FGD-DCS预留SIS、远

动RTU的通讯接口。

16.脱硫岛采用一套工业电视系统，并与全厂工业电视系统联

网。

二、我公司FGD设计的主要参数与指标

表1-1

序号指标名称

单位参数

3

1FGD进口烟气量（标态，湿基，实际0）

Nm/h3199463

2

3

2FGD进口烟气量（标态，干基，实际0）

Nm/h3008665

2

3FGD进口烟气污染物浓度

3

—S02浓度（标态，干基，6%0）

mg/Nm5223

2

3

一含尘浓度（标态，干基，6%0）

mg/NmW100

2

4FGD出口烟气污染物浓度

3

—S02浓度（标态，干基，6%0）

mg/Nm200

2

3

含尘浓度（标态干基，6%0）

mg/Nm50

2

5FGD进□烟气温

度℃

119

6FGD进□最高烟

温℃

180

7FGD出□烟气温

度℃

49.1

8系统脱硫效率（保证

值）%

296.17

9负荷变化范

围

%30-100

10石灰石浆液浓度

(%)%

30

11吸收塔浆液池内浆液浓度

(%)%

20

12吸收塔浆池C1浓度（mg/1

mg/1W20000

13液气比（1/Nm）

17.64

14钙硫比Ca/S(mol/mol)

WL03

3

15吸收塔除雾器出口烟气携带水滴含量

mg/NmW75

16FGD石膏品质

3

—含湿量取决于灰尘负荷100mg/m（标态，干

态）％

10

纯度

质量-%干90

-C1(水溶性）

质量T干<0.01

CaSO??1/2HO

%WO.01

32

CaCO和

MgCO%

WO.35

33

17工艺水耗

t/h2X190.5

-4-

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序号指标名称

单位参数

18石灰石消耗

t/h2X28.61

3

20仪用压缩空气消耗量

Nm/min5

旦

21设备冷却水耗里

t/h100（两台机组）

23电耗

kWh/h15864（两台机组）

24FGD系统压力损失

Pa1700

25引风机出口至吸收塔入口原烟气烟道阻力

Pa325

26吸收塔出口至烟囱入口阻力

Pa175

27废水量

t/h27.6

28系统可用

率%

295

29脱硫装置年利用小时数

小时5500

30FGD装置效劳年限

年30

-5-

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第二章S02吸收系统

第一节S02吸收系统概述

SO吸收系统是烟气脱硫系统的核心。主要是由吸收塔、除

雾器、循环浆液泵、喷淋层及喷

2

嘴、吸收塔搅拌器及氧化风机等设施、设备组成。

在吸收塔内，烟气中的SO被吸收浆液洗涤并与浆液中的

CaCO发生反响，在吸收塔底部的

23

循环浆池内被氧化风机鼓入的空气强制氧化，最终生成石膏晶

体，由石膏浆排浆泵排出吸收塔送

入石膏处理系统脱水。在吸收塔的出口设有两级除雾器，以除去

脱硫后烟气携带的细小液滴，使

烟气在含液滴量低于75mg/Nm3下排出。

X1043

m/h干烟气，t=

℃,过剩空气系数为1.422,设计煤种。吸收塔为钢结构圆柱

体，内衬防腐蚀衬里；上

局部为吸收塔和除雾器两局部，底部为循环浆池。吸收塔采用5

台循环浆液泵，5层喷淋层每

层喷淋层由一台循环浆泵单独供浆，3台强制氧化风机，二台

运行、一台备用。以及相应的搅

拌设备。

在脱硫系统解列或出现事故停机需要检修时.，吸收塔内的吸

收浆液由石膏排浆泵排出存入事

故浆液罐中，以便对脱硫塔进行维修。

在塔槽内生成的石膏通过石膏排浆泵送至石膏脱水车间进

行脱水处理，采用两台100%容量

的石膏排浆泵，一台运行、一台备用。

此外，两台机组的脱硫设施共用一座事故浆液罐。在发生故

障或认为有必要时，吸收塔中的

浆液可迅速排入事故浆液罐。此事故浆液罐的容量按可容纳一台

机组全部的浆液量设计。事故浆

液罐内设置搅拌器及浆液返回泵。

石灰石一石膏烟气脱硫（WFGD）是由物理吸收和化学吸收两

个过程组成。在物理吸收过程中

SO2溶解于吸收剂中，只要气相中被吸收气体的分压大于液相呈

平衡时该气体分压时，吸收过程

就会进行，吸收过程取决于气-液平衡，满足亨利定律。由于物

理吸收过程的推动力很小，所以

吸收速率较低。而化学吸收过程使被吸收的气体组分发生化学反

响从而有效地降低了溶液外表上

被吸收气体的分压，增加了吸收过程的推动力，吸收速率较快。

WFGD反响速率取决于四个速率

控制步骤，即SO的吸收、HSO氧化、石灰石的溶解和石膏的结

晶。

23

一、FGD系统中的化学反响原理

1.气体吸收过程的机理

吸收过程中进行的方向与极限取决于溶质（气体）在气液两

相中的平衡关系，当气相中溶质

的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液

相转移，即发生吸收过程。实际

分压与平衡分压相差越大，吸收的速率也越大，或称吸收的推动

力也越大。反之，如果气相中溶

质的分压低于与液相成平衡的溶质分压时•，溶质便由液相向气相

转移，即吸收的逆过程，这种过

程称为解吸（或脱吸）。不管是吸收还是解吸，均与气液平衡有

关。

气体吸收的平衡关系是指气体在液相中的溶解度。平衡状态

下气相中的溶质分压称为平衡分

压或饱和分压，液相中溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度。它们

的大小随温度和压力而改变的，

所谓气体在液相的溶解度，就是一定条件下气体在液体中饱和浓

度。

气体在液体中溶解度说明一定条件下，吸收过程可能到达的

极限程度。要确定吸收设备内任

何位置气、液实际浓度与其平衡浓度的差距，说明了系统的平衡

关系。在一定温度下，溶液的平

衡浓度［即溶解度)随溶解的气体的压力增大而增大。在一定温

度下，表示溶液中气体溶质的组

成与气体平衡玉力关系的曲线称为气体的溶解度曲线或平衡曲

线，各种系统的曲线一般都是根据

-6-

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实验结果做出。互成平衡的气、液两相彼此依存，而且任何平衡

状态都是有条件的。

(1)亨利定律

对于单组分的物理吸收有P*f(t,X,P)的关系，当总压

不很高时1如小于5atmK上式

又可简化为P*f(t,X)；假设确定在一定温度下，那么P*只

是的X函数，即P*f(X),即被吸收

气体的平衡分压只与其在液相中的浓度有关，对于稀溶液，上列

平衡关系式可以是一条通过原点

的直线，即气液两相的浓度成正比，此即著名的亨利定律，它表

示总压不很高时，一定温度下，

当溶液到达平衡时，稀溶液上方溶质A的平衡分压与其在溶液

中浓度成正比。

P*EX

式中：X一被吸收组分在液相中摩尔分率(无因次〕

E—亨利系数，单位与P*相同，Pa

在恒定温度下，对指定的物系进行实验，测得一系列平衡状

态下的X与P*,将其在普通的

直角坐标系中进行表示，求出浓度趋近于0时的P*/X值，便

是系统在该温度下的亨利系数。对

于一定的体系，E是温度的函数，一般来说，温度上升那么E

增大，说明温度升高不利于气体的吸

收，在同一溶剂中，难溶气体E值很大，反之那么小。

(2)传质机理与吸收速率

吸收操作是溶质从气相转移到液相的过程，其中包括溶质由

气相主体向气液界面的传递，及

由界面向液相主体的传递，因此，要研究传质机理，首先就要搞

清楚物质在单一相(气相或液相)

中的传递规律。

物质在单一相的传递是靠扩散作用。发生在流体中的扩散有

分子扩散与涡流扩散两种。前者

发生在静止或滞流流体中，凭借流体分子的热运动传递物质，后

者发生在湍流流体中，凭借流体

质点的湍动和旋涡传递物质。在静止或滞流流体中，分子运动是

漫无边际的，假设一处某种分子的

浓度较邻近的另一处为高，那么这种离子离开的便比进入的多，

其结果自然是物质从浓度较高的区

域扩散到浓度较低的区域，两处的浓度差，便成了扩散的推动力。

用来描述分子扩散速率的定律是著名的菲克定律，或称菲克

第一定律，即气相中稳定分子扩

散；等分子反向扩散发生在静止的或在垂直于浓度方向上作滞流

运动的流体中，是一种最单纯的

分子扩散过程。

一组分通过另一停滞组分的扩散，这种情况出现于气体的吸

收过程，例如氨和空气的混合物

沿盘内的水面成滞流缓慢流过，空气不溶于水，在水面上方积累

起来一薄层，氨通过这一停滞的

空气薄层扩散到水面并溶解下来，这一局部氨的溶解是通过分子

扩散实现的。另外，随着氨分子

的溶解，将会在界面附近出现空缺，于是将有混合气体的沿着扩

散方向流动过来，以补充空缺。

这种现象成为包括氨和空气在内的总体流动。由于总体流动的发

生，加大了氨的传递速率。在总

体流动中，氨和空气所占的份额与其摩尔分率相同。显然，在氨

溶解过程中，氨的传递总量应等

于氨的分子扩散通量和总体流动中氨的传递通量之和。

一组分通过另一停滞组分的传质速率之所以增大，是因为出

现了与扩散方向一致的总体流

动。物质在湍流流体中传递，主要是依靠流体质点的无规那么运

动，湍流中发生的旋涡，引起各部

流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的情况下，物质便向其浓度

降低的方向传递，这种凭借流体

质点的湍动和旋涡来传递物质的现象，称为湍流扩散。对流扩散

是湍流主体与相界面之间的涡流

扩散和分子扩散这两种传质作用的总称。

吸收过程是一个相际传质过程，而工业上所遇到的吸收过程

是一个相间的传质过程，即溶质

先从气相主体扩散到气液界面，穿过界面，再由界面向液相主体

扩散。关于吸收这样的相际传质

机理，刘易斯和惠特曼在本世纪二十年代提出的双膜理论一直占

有重要地位。双膜理论的根本论

点为：

相互接触的气液两相流间存在稳定的相界面，界面两侧各有

一个很薄的有效滞流膜层，吸收

质以分子扩散方式通过此二膜层；在相界面处，气液两相达于平

衡；在膜层以外的中心区，由于

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华润电力（贺州）培训教材（A版）

脱硫分册

流体充分湍动，吸收质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度

皆为零，全部浓度变化集中在两

个有效膜区内。

通过以上假设，就把整个相际传质过程简化为经由气液两膜

的分子扩散过程。双膜理论认为

相界面上处于平衡状态，这样整个相际传质过程的阻力便全部集

中在两个有效膜层内，在两相主

休浓度一定的情况下，两膜的阻力便;央定了传质速度率的大小。

因此，双膜理论也可以称为双阻

力理论。

双膜理论把复杂的相际传质过程大为简化，对于具有固定相

界面的系统及速度不高的两流体

间的传质，双膜理论与实际情况是相当符合的。根据这一理论的

根本概念所确定的相际传质速度

关系，至今仍是传质设备设计的主要依据，这一理论对于生产实

践具有重要的指导意义。但是，

对于具有自由相界面的系统，尤其是高度湍流的两流体间的传

质，双膜理论表现出它的局限性，

因为在这种情况下，相界面已不再是稳定的，界面两侧存在的稳

定的有效滞流膜层及物质以分子

扩散的形式通过此二膜层的假设都很难成立。

气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不

发生显著的化学反响，单纯是被

吸收气体溶解于液体的过程，称为物理吸收，如用水吸收S02o

物理吸收的特点是随着温度的升

高，被吸气体的吸收量减少。

化学吸收是指溶质与溶剂发生化学反响的吸收操作，化学吸

收可大幅度地提高溶剂对溶质组

分的吸收能力。

物理吸收过程涉及两相间的物质传递，它包括三个步骤：

1）溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递;

2）溶质在界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生

的溶解过程；

3）溶质自界面被传递至液体主体，即液相内的物质传递。

一般来说，第2步界面上发生的溶解过程是很易进行的，

其阻力很小。因此，通常认为界面

上气液两相的溶质浓度满足平衡关系。这样，总传质过程速率将

由两个单相即气相与液相内的传

质速率所决定。

不管气相或液相，物质传递的机理有两种：

1）分子扩散

当流体内部存在着某一组分的浓度差，那么因分子的无规律

热运动使该组分由浓度较高处传递

至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。如香水的气味扩散°分

子扩散也可由温度梯度、压力梯

度产生，由温度梯度产生的分子扩散叫热扩散，如湿木棍一头加

热，另一端会冒出热气或水滴。

在此讨论的分子扩散仅因浓度梯度产生的。分子扩散与传热中由

于温度差而引起的热传导相似。

2）对流扩散

在流动的流体中的传质不仅会有分子扩散，而且有流体的宏

观运动也将导致物质的传递，这

种现象称为对流传质。对流传质与对流传热类似，且通常是指流

体与某一界面之间的传质。

物理吸收的程度，取决于气一液平衡，只要气相中被吸收的

分压大于液相呈平衡时该气体分

压时，吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小，吸

收速率较低，因而在工程设计上

要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。因为

物理吸收速率较低，所以在现代

烟气中很少单独采用物理吸收法。

(3)化学吸收法的根本原理

假设被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反响，那么

称为化学吸收，例如应用碱液吸收

S02o应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反响，而将其从烟

气中别离出来的过程，也属于化

学吸收，例如炉内喷钙（CaO）烟气脱硫也是化学吸收。

在化学吸收过程中，被吸收气体与液体相组分发生化学反

响，有效的降低了溶液外表上被吸

收气体的分压，增加了吸收过程的推动力，既提高了吸收效率，

又降低了被吸收气体的气相分压。

因此，化学吸收速率比物理吸收速率大得多。

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物理吸收和化学吸收都受气相扩散速度（或气膜阻力）和液

相扩散速度（或液膜阻力）的影

响，工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。

在烟气脱硫中，瞬间内要连续不

断地净化大量含低浓度so的烟气，如单独应用物理吸收，因其

净化效率很低，难以到达so的

2

2

排放标准。因此，烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法。用化学

吸收法进行烟气脱硫，技术上比

较成熟，操作经验比拟丰富，实用性强，已成为应用最多、最普

遍的烟气脱硫技术。

化学吸收是由物理吸收过程和化学反响两个过程组成的。在

物理吸收过程中，被吸收的气体

在液相中进行溶解，当气液到达相平衡时，被吸收气体的平衡浓

度，是物理吸收过程的极限。被

吸收气体中的活性组分进行化学反响，当化学反响到达平衡时，

被吸收气体的消耗量，是化学吸

收过程的极限。这里用CaCO溶液吸收SO加以说明。

32

S02（气体〕

SO（液体）+CaCO+H0CaSO??HO+CO

232322

化学吸收过程中，被吸收气体的气液平衡关系，即应服从相

平衡关系，又应服从化学平衡关

系O

1）化学吸收过程的速率及过程阻力

化学吸收过程的速率.，是由物理吸收的气液传质速度和化学

反响速度决定的。化学吸收过程

的阻力，也是由物理吸收气液传质的阻力和化学反响阻力决定

的。

在物理吸收的气液传质过程中，被吸收气体气液两相的吸收

速率，主要取决于气相中被吸收

组分的分压，和吸收到达平衡时液相中被吸收组分的平衡分压之

差。此外，也和传质系数有关，

被吸收气体气液两相间的传质阻力，通常取决于通过气膜和液膜

分子扩散的阻力。

烟气脱硫通常是在连续及瞬间内进行，发生的化学反响是极

快反响、快反响和中等速度的反

应，如NaOH、CaCO、和Ca(OH)等碱液吸收SO。为此，被

吸收气体气液相间的传质阻力，远

322

较该气体在液相中与碱液进行反响的阻力大得多。对于极快不可

逆反响，吸收过程的阻力，其过

程为传质控制，化学反响的阻力可忽略不计。例如，应用碱液或

氨水吸收S02时，化学吸收过程

为气膜控制，过程的阻力为气膜传质阻力。

液相中发生的化学反响，是快反响和中等速度的反响时，化

学吸收过程的阻力应同时考虑传

质阻力和化学反响阻力。

2）碱液浓度对传质速度的影响

应用碱液吸收酸性气体时，碱液浓度的上下对化学吸收的传

质速度有很大的影响。当碱液的

浓度较低时，化学传质的速度较低；当提高碱液浓度时，传质速

度也随之增大；